來源：小技術君

在系統設計中，理解資料庫的複雜性至關重要。如果你正在為這樣的設計做準備，而對資料庫感到困惑，那麼你來對地方了。

我將帶你瞭解資料庫的基本知識，從基礎知識到細節。

資料庫：系統設計的核心

在許多系統的核心，資料庫扮演著儲存、檢索和組織資料的關鍵角色。在系統設計的領域中，理解資料庫的各個方面，從它們的型別和特徵到擴充套件技術和效能最佳化，都能使你脫穎而出。

探索不同型別的資料庫

資料庫有各種不同的型別，每種都是為了解決獨特的問題而設計的。讓我們來剖析它們。

1. 關係型資料庫：

想象一下一個井然有序的檔案櫃，檔案被精心分類到不同的抽屜和資料夾中。這就是關係型資料庫。

例子：PostgreSQL、MySQL、SQLite。

特點：

•表是主要的資料儲存單元。•SQL是查詢語言。•適用於事務、複雜查詢和確保資料完整性。•遵循ACID屬性（稍後詳細介紹）。

2. NoSQL資料庫：

想象一塊貼滿便籤的頭腦風暴板，隨時可以新增或重新排列。這種靈活的方法體現在NoSQL資料庫中。

例子：MongoDB、Cassandra、Redis。

特點：

•可以是鍵值、文件、寬列，甚至是基於圖的。•不限制固定的模式。•擅長處理非結構化資料。•適用於可擴充套件性、快速變更和簡單查詢。

3. 記憶體資料庫：

想象一個用於快速計算和瞬時草圖的白板。快速而高效，這就是記憶體資料庫的本質。

例子：Redis、Memcached。

特點：

•資料訪問非常快速，因為一切都儲存在記憶體中。•通常用於快取和儲存與會話相關的資料。

深入瞭解ACID屬性

ACID屬性——原子性、一致性、隔離性和永續性，在系統設計中至關重要，確保資料庫有效執行。

•原子性：事務是二進位制的；它們要麼完全完成，要麼根本不執行。•一致性：任何事務之後，資料庫保持一致。•隔離性：每個事務都是獨立執行的。•永續性：一旦資料被提交，就會長時間存在。

有趣的是，一些NoSQL資料庫放棄了ACID中的一致性屬性。

擴充套件資料庫：實用指南

擴充套件是增強資料庫效能和容量的藝術。讓我們深入探討兩種主要策略：

1. 縱向擴充套件（“Scale Up”）：

在縱向擴充套件中，你可以增強託管資料庫的單個伺服器的能力。

•新增更快或更多的處理器。•增加RAM以減少磁碟IO。•提高儲存以增強讀/寫速度。•升級網路以實現快速資料傳輸。

然而，單臺機器的擴充套件是有限的。

2. 橫向擴充套件（“Scale Out”）：

相反，橫向擴充套件透過引入更多的機器來擴充套件資源池。

資料庫分片：

這涉及將不同的資料段（或分片）分佈在多臺伺服器上，提高效能、可擴充套件性和管理的便利性。

策略包括：

•基於範圍的分片：基於特定鍵的範圍。•基於目錄的分片：查詢服務引導流量。•地理分片：基於位置的資料分佈。

複製：

這是在多臺伺服器之間複製資料以實現高可用性的全過程。

•主從複製：一個主資料庫有多個只讀副本。•主-主複製：多個讀寫資料庫。

提升資料庫效能

最佳化資料庫訪問和檢索與擴充套件同樣重要。以下是一些技術：

快取：

利用快取儲存頻繁查詢，使用像Redis這樣的記憶體資料庫，極大地提高效能。

索引：

類似於書的索引，資料庫上經常訪問的列上的索引可以極大地提高檢索時間。

查詢最佳化：

簡化你的查詢，最小化連線，而且永遠要遠離通用的SELECT *。

在資料庫設計中優先考慮安全性

•確保資料在靜態和傳輸過程中保持加密狀態。•警惕SQL隱碼攻擊，利用預編譯語句。•實施基於角色的訪問控制，實現精細的安全性。

CAP定理：資料庫決策的支柱

永遠記住CAP定理，它提出一致性、可用性和分割槽容忍性這三者中只能同時實現兩個。你的應用程式的需求應該決定你的選擇。